WO2011054383A1 - Kompakte kälteeinheit - Google Patents

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WO2011054383A1
WO2011054383A1 PCT/EP2009/064624 EP2009064624W WO2011054383A1 WO 2011054383 A1 WO2011054383 A1 WO 2011054383A1 EP 2009064624 W EP2009064624 W EP 2009064624W WO 2011054383 A1 WO2011054383 A1 WO 2011054383A1
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WO
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heat
refrigeration unit
external
circuit
cold
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Application number
PCT/EP2009/064624
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English (en)
French (fr)
Inventor
Elmar Sporer
Günter KIMMIG
Original Assignee
Aeteba Gmbh
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Publication date
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Priority to PCT/EP2009/064624 priority patent/WO2011054383A1/de
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/006—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the sorption type system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/002—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using solar energy
    • F25B27/007—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using solar energy in sorption type systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/04—Arrangement or mounting of control or safety devices for sorption type machines, plants or systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration unit for supplying a building with cold or cold and heat, comprising at least one absorption or
  • Adsorption refrigeration system and a heat generator which are integrated in a common, mobile housing. Furthermore, the invention relates to a solar
  • Cooling system having such a refrigeration unit.
  • the present invention relates to a method for controlling such a refrigeration unit for supplying a building with cold or cold and heat as well as a
  • Refrigeration technician, solar technician and circuit technician was required, but in the other fields of expertise do not have sufficient experience and knowledge, it came very often in the vote of the components to errors. As a result of these errors resulted in an inefficient operation of the entire system, with individual components could sometimes be damaged by misconnection and incorrect load.
  • the present invention is therefore based on the object to avoid the shortcomings of the prior art, and to propose a refrigeration unit, which can ensure an easy putting into operation as well as economical operation. Next it is task, a suitable one
  • a refrigeration unit for supplying a
  • Absorption or adsorption refrigeration system and a heat generator comprises, which are integrated in a common, mobile housing, wherein the refrigeration unit at least one pair of terminals for connection to at least one external
  • Has heat supply circuit through which the at least one absorption or adsorption refrigeration system is supplied with heat, and at least one
  • connection pair for connection to at least one external refrigeration discharge circuit, via which cold can be discharged from the refrigeration unit, and wherein the refrigeration unit further comprises a controller which the at least one external heat supply circuit and the at least one external
  • Refrigeration discharge circuit in dependence on the instantaneous performance of the at least one absorption or adsorption refrigeration system and the heat generator controls or regulates.
  • the object is achieved method for controlling a refrigeration unit for supplying a building with cold, which at least one external
  • Refrigerant discharge circuit in response to the instantaneous performance of the at least one absorption or adsorption refrigeration system and the heat generator controls.
  • An essential core idea of the present invention initially consists in the integration of the absorption or adsorption refrigeration system and the heat generator in a mobile housing.
  • the mobile housing allows both easy installation and commissioning of the refrigeration unit, on the other hand, the mobile
  • Housing be placed in a building so that a simple and economical interconnection can be made. Next, the relieved Mobility of the enclosure maintenance and replacement for more extensive maintenance.
  • controller which controls or regulates the at least one external heat supply circuit as well as the at least one external refrigerant discharge circuit in the most efficient and reasonable manner possible in an economically efficient and meaningful manner.
  • the regulation or control takes place here as a function of the instantaneous performance data of the at least one absorption or adsorption refrigeration system and of the heat generator accommodated in the refrigeration unit. Consequently, the control guarantees the most efficient possible course of the thermal processes taking place in the refrigeration unit at any given time, without this having previously been associated with the heat output of the refrigeration unit
  • a suitable control or regulation takes the refrigeration unit according to the invention also in relation to the at least one external refrigeration discharge circuit. If, for example, the at least one external heat supply circuit is supplied with heat by means of a solar thermal system, which in the case of excessive heat
  • Refrigeration unit possible to adjust the amount of discharged cold, for example, via a control of the at least one external refrigeration discharge circuit to changing operating conditions.
  • the components and circuits of essential function are matched to one another in an economically sensible manner, and are integrated in a single device.
  • This device can by simple interconnection with suitable, preferably with unmistakable mating connections of the at least one
  • Refrigeration discharge circuit can be easily put into operation.
  • the interconnection can take place in the sense of a simple "plug-and-play" method, the device then being able to be commissioned by the control or regulation, all components and circuits included and connected in economically meaningful way to control or regulate. Accordingly, the commissioning of such a refrigeration unit by a single expert or by a non-specialist can be made, the control of
  • Refrigeration unit takes over all the tasks that previously had to meet different specialists in consultation with each other.
  • this further comprises at least one connection pair for connection to at least one external auxiliary heat circuit, via which the at least one absorption or adsorption refrigeration system can be supplied either with cold or with heat, the controller controlling the at least one external auxiliary heat circuit also controls depending on the instantaneous performance of the at least one absorption or adsorption refrigeration system and the heat generator.
  • an auxiliary heat circuit can be designed as a recooling circuit or as a further heat supply circuit. A re-cooling can be done for example via air cooling or groundwater cooling. An additional heat supply, for example, heat from the air, from the ground
  • the at least one external auxiliary heat circuit is used in accordance with the thermal processes taking place in the at least one absorption or adsorption refrigeration system to provide further heat or cold in order to advance or enable the processes taking place there at a higher efficiency. Accordingly, the cooling capacity or heat output provided via the at least one external auxiliary heating circuit is also converted to at least one
  • connection pair for connection to at least one external
  • Heat release circuit via which heat from the refrigeration unit can be discharged, wherein the control of the at least one external
  • Heat release circuit also as a function of the instantaneous performance of the at least one absorption or adsorption refrigeration system and the
  • Heat generator controls or regulates.
  • thermal heat generated in the refrigeration unit can also be used for the use of the at least one external Heat release circuit are delivered. This is then ready, for example, for drinking water heating or for a use-specific heat release.
  • this further comprises at least one ORC system, which is connected between the at least one connection pair for connection to at least one external heat supply circuit and the at least one absorption or adsorption refrigeration system.
  • Refrigeration unit can therefore be supplemented on its thermal drive side with an ORC system (Organic Rankine Cycle system).
  • ORC system Organic Rankine Cycle system
  • the ORC plant operates a generator with a working fluid other than water vapor.
  • ORC processes are always used when the available temperature gradient between heat source and
  • ORC plants are typically operated with R134a, which is heated with highly heated fluid and its excess heat to a generator for power generation and to a heat exchanger for
  • Refrigeration unit included ORC plant are called piston, screw or
  • Control by the controller also in dependence of other external performance data, in particular of performance data for the state description of external circuits takes place.
  • sensors and / or measuring systems are typically provided in the external circuits, so that the performance data of the respective circuits can be detected and forwarded to the controller.
  • the sensors and / or measuring systems are suitable, the
  • Temperature to detect the flow and / or flow in the circuits. Furthermore, the temperature and the radiation in the environment can also be detected, for example in order to characterize environmental conditions in which the refrigeration unit or other components interacting with it work. With the aid of the sensors and / or measuring systems, an actual state can thus be detected, which can be adjusted or adjusted by the controller according to a desired state.
  • the controller also controls or regulates the at least one absorption or adsorption refrigeration system and / or the heat generator.
  • the components in the refrigeration unit are adjusted or adjusted in a suitable manner in interaction with the external circuits.
  • the current operating conditions in the control are always taken into account in order to ensure the economic and energy efficiency of the refrigeration unit as well as of the refrigeration unit
  • the heat generator is an electric heat pump or a combustion heat generator.
  • a combustion heat generator may be a fossil fuel fired heat generator.
  • this has a cooling capacity of at least 5 kW, in particular of at least 10 kW and preferably of at least 20 kW. Consequently, not only smaller private residential buildings, but also industrial or public buildings with sufficient
  • connection pairs on the refrigeration unit are preferably also free from confusion. This also applies to possible electrical connections which are provided for the supply of electrical energy or for the discharge of electrical energy, if it is generated in the refrigeration unit, for example by an ORC system.
  • this is the object of proposing a cooling system using a previously described refrigeration unit, which works as economically as possible and is also suitable for private use.
  • a cooling system which can be easily put into operation and also works mostly self-sufficient energy.
  • a solar thermal system for the fluidic connection to the at least one external heat supply circuit
  • a building-based consumer system for fluidic connection to the at least one external cooling discharge circuit and / or to the at least one external heat release circuit.
  • a refrigeration unit for providing cold or cold and heat for
  • Building cooling according to the embodiments described above can generally be operated with all known types of heat supply sources. These include, in particular, solar heat sources, groundwater heat source, geothermal, outdoor air or waste heat. If a plurality of heat sources for operating the refrigeration unit is possible, according to a preferred embodiment, the solar thermal system is given priority by suitable control or regulation, if such is provided. In the case of a particularly simple embodiment of the solar cooling system, this only has a solar heat source. Furthermore, the solar cooling system can also with a
  • Refrigeration unit are operated largely energy self-sufficient, so that no further maintenance costs have to be applied to the energy supply for the user.
  • sensors are provided in at least one of the external circuits, which allow to detect the circuit state by measurement and to supply the measurement data to the controller.
  • sensors typically sensors for detecting the temperature, the flow and the flow or the pressure are provided. According to the measured values transmitted to the control, a suitable setting of individual circuits can take place or in another
  • Embodiment also a suitable setting of the refrigeration unit components included, such as the absorption or adsorption refrigeration system and the
  • the functional state is typically determined by sensors for measuring the lighting conditions, temperature conditions or even rain or snow conditions, which can be concluded, which heat output can be made available by means of solar thermal system.
  • the execution can be taken in insufficient lighting conditions for the production of heat in the solar thermal system of the recorded in the refrigeration unit heat generator in operation to provide additional heat output. If, at a later date, the lighting conditions improve again for heat generation in the solar thermal system, the heat generator can be taken out of operation again to save energy and the
  • Switched buffer which is provided for storing heated fluid from the solar thermal system.
  • the buffer memory is used in particular as direct heat source of the refrigeration unit, if sufficient but strongly fluctuating solar radiation via the at least one external
  • Heat supply circuit can be provided on average over time sufficient heat to operate the at least one absorption or Adsorptionshimltemaschine.
  • Refrigeration unit with sufficient solar radiation d. H. with sufficiently provided heat of the solar generated heat always takes precedence over a heat supply by the heat generator. The generation of heat via the heat generator is thus prevented in such cases by the controller. Only when the solar generated heat output or the buffer memory can no longer meet the needs of the refrigeration unit, additional heat output is required by the
  • Heat generator or by a to the at least one external
  • Auxiliary heat circuit connected to connected heat source.
  • Ambient lighting conditions can also be a series circuit of
  • Solar thermal system and another outdoor air unit be advantageous. Such can be provided manually when needed, or by switching by means of a suitable control technology done.
  • the solar cooling system is in the at least one external refrigeration discharge circuit and / or in the at least one external heat output circuit between the consumer system and the at least one pair of terminals of the at least one external refrigeration discharge circuit and / or between the at least one pair of terminals for connection of the at least one external Heat release circuit connected at least one mixed water storage, which is provided for the storage of hot and / or cold fluid from the refrigeration unit.
  • a mixed water storage can in the sense of
  • Stratified storage be designed as a combined hot and cold water storage.
  • the mixed water storage can be further designed so that it has a
  • the mixed water storage can have a suitable hydraulic, fluidic interconnection, which allows the
  • Next can also be used in heat demand, for example, to operate a consumer system in a Building, are taken from the mixed water tank from above warm fluid or in the case of cooling demand, down from the memory cool fluid.
  • the hydraulic fluidic interconnection can on the one hand by hand and by automatic control or regulation of hydraulic or magnetic valves
  • such a hydraulic fluidic interconnection can allow a switch from a summer to a winter operation, wherein in summer operation preferably cool fluid and in winter operation preferably warm fluid is removed.
  • the use of such a mixed water storage tank consequently allows the provision of typically two water storage tanks to be combined in one and consequently saves the operator costs and unnecessary space utilization.
  • the solar cooling system can be distinguished by the fact that in the absence of solar radiation, the refrigeration unit is not driven by the heat generated by solar energy but by the heat generator.
  • the heat of both heat sources can be used for heating a consumer system in case of insufficient heat supply for cooling according to another embodiment of the refrigeration unit.
  • the operation of the refrigeration unit is in this case a heat pump. Due to this dual function of the refrigeration unit, an ammonia-operated absorption refrigeration machine is advantageously suitable for use in the refrigeration unit, since it can also utilize source temperatures below zero degrees Celsius with high efficiency. For other temperature levels, like them
  • the method for controlling a refrigeration unit it can be provided that it furthermore also contains the at least one external auxiliary heat circuit and / or at least one external auxiliary circuit
  • Heat release circuit in response to the instantaneous performance of the at least one absorption or adsorption refrigeration system and the heat generator controls. Accordingly, all necessary for the operation of the refrigeration unit or
  • the controller can continue to absorb or
  • Control adsorption refrigeration system and the heat generator in the refrigeration unit or regulate can thus be designed as a general control, which all components participating in refrigeration and circuits or controls
  • Refrigeration unit is controlled by the appropriate control of
  • fluidic elements in the refrigeration unit in particular via the appropriate control of pumps and chokes.
  • the control can take place in particular via a combination of pumps and throttles, so that all cycles involved in the refrigeration are controlled or regulated in an economically sensible manner.
  • the controller further takes into account measured values of the instantaneous performance data of the at least one absorption or
  • Adsorption refrigeration system and the heat generator Adsorption refrigeration system and the heat generator.
  • Such measured values can be detected by suitably mounted sensors, in particular temperature sensors and flow and flow sensors, these sensors either providing measured values at specific predetermined time intervals, or they can also provide these in real time.
  • a control or regulation based on measured values allows an efficient control or regulation with regard to the economic operation of the refrigeration unit.
  • the controller to take into account measured values of the instantaneous performance data for the status description of the external circuits and / or for the description of the functional status of further external components.
  • typically sensors and / or measuring systems are provided in the external circuits, which detect the performance data and transmit it to the controller on.
  • performance data typically relates to temperature, flow and flow in the circuits.
  • the external temperature and the external light radiation can also be detected in order to characterize, for example, environmental conditions in which the refrigeration unit or other components or components interacting with it (for example a solar thermal system) operate.
  • an actual state can be detected, which by means of the controller according to a
  • Target state can be adjusted or adjusted. This can be done with the changes be tracked in real time, so that the control or regulation can adapt to the changing circumstances suitably.
  • the controller takes into account an improvement in the energy efficiency of the refrigeration unit. This takes into account the
  • Refrigeration unit is involved.
  • the possible provision of regenerative and thus economically preferable energy sources is involved.
  • controller can also take into account the thermodynamic characteristic data of individual process steps in the refrigeration unit, which can also be adjusted energy-efficiently with regard to the amount of energy consumed and lost.
  • the controller can fall below a
  • the refrigeration unit with no longer sufficient cooling or cooling capacity, for example, in winter in low light conditions, provide additional heat that can be used in the original building to be cooled for heating purposes or for heat treatment purposes.
  • the controller may allow switching by manual input of a user, so that if desired, the cooling unit can also be available at any time in terms of a heat pump.
  • Refrigeration unit allows the controller to an external cooling unit
  • the withdrawn hot water can be available for example as drinking water or service water or for heating purposes.
  • the extracted cold water can also be removed for the treatment of drinking water or for cooling purposes.
  • Refrigeration unit may therefore be suitable, in addition to the control or regulation of all recorded in the refrigeration unit components, the at least one external heat supply circuit, the at least one cold discharge circuit, the at least one external auxiliary heat circuit and the at least one external heat release circuit to control or control. Consequently, it is achieved that the components or circuits in each case in an economically meaningful
  • Performance requirements and the performance of individual components are performed, which are taken into account in the control or regulation of the overall system.
  • Refrigeration systems are that they allow only an insufficient storage of cooled fluid in order to provide the building with cold even for longer periods.
  • a suitable thermally insulated tank to remove it from them if necessary, but this storage is unsuitable for a refrigeration unit, which can be switched on request and by means of suitable control in a heat pump.
  • Switching to a heat pump is switched.
  • it is an object to propose a water storage, which can be efficiently integrated into a solar cooling system.
  • This task is done by a mixed water storage to supply a
  • the mixed water storage is designed as stratified storage and an upper section and a lower Section, from which water can be removed or supplied, further comprising a number of fluidic elements, in particular valves, on which either hot water can be removed from the upper section and at the same time relatively colder water from the external delivery circuit can be returned to the lower section, or cold water can be taken from the lower section and at the same time relatively warmer water can be introduced from the external delivery circuit in the upper section.
  • the simultaneous and reversible removal of cold and relatively warmer water or warm and relatively colder water from the mixed water storage can use this relatively flexible even with changing conditions of use.
  • the mixed water storage allows further to introduce warm water from an external supply circuit in the upper section and at the same time to remove relatively colder water from the lower section, or to remove cold water from the lower section and at the same time relatively warmer water in the upper Introduce section. Consequently, the mixed water storage is connected to two external circuits, via which water can be removed and / or supplied simultaneously.
  • the stratification can be improved in the mixed water storage with water extraction or addition of water also by means of suitable technical measures.
  • suitably shaped nozzle tubes or separating plates (perforated plates) are conceivable.
  • this is designed as a hydraulic switch.
  • Withdrawal quantities in comparison to the supply quantities from the delivery circuit and / or the supply circuit can be expected with changing pressure conditions in the mixed water storage, so that this can compensate for these pressure differences in the sense of a hydraulic separator.
  • a hydraulic switch can also be used separately
  • Mixed water storage be provided, which cooperates with the mixed water storage and changing in the connected lines
  • the fluidic elements are hydraulically switchable multiway valves, magnetic multiway valves or electric motor switchable multiway valves.
  • a fluid connection network can be created, which allows the mixed water storage tank to be charged with warm water at the top, while relatively cold water is taken from below or supplied with cold water at the bottom, while relatively warm water is taken from above.
  • these temperature probes allow to accurately determine the water temperature in the upper portion and the water temperature in the lower portion.
  • These detection values may be provided to a suitable controller which appropriately controls the supply of a building with cold or warm water on the basis of these values.
  • a suitable controller which appropriately controls the supply of a building with cold or warm water on the basis of these values.
  • a larger number of temperature probes provided in the mixed-water storage tank which can detect the exact temperature profile in the mixed-water storage tank.
  • fluidic elements are designed to the warm water, which is taken from the upper section, recycled, relatively colder water from the external delivery circuit for conditioning the flow temperature
  • the admixture of recycled, relatively colder water to the warm water and / or the admixture of recirculated, relatively warmer water to the cold water is controlled or regulated according to a desired value of the flow temperature.
  • This setpoint value can be recorded in a table in a heating and / or cooling curve, or can be calculated in advance according to a predetermined function. It can be controlled by means of an internal or external control.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the mobile housing a
  • FIG. 2 shows a schematic functional sketch of an embodiment of the refrigeration unit according to the invention and of a solar cooling system
  • Fig. 3 is a schematic functional diagram of another embodiment of the refrigeration unit according to the invention and a solar
  • FIG. 4 shows a schematic functional sketch of a further embodiment of the refrigeration unit according to the invention and of a solar system
  • Fig. 5 is a schematicêtssskizze another embodiment of the refrigeration unit according to the invention and a solar
  • 6a shows a schematic functional sketch of an embodiment of a mixed water storage device according to the invention for the provision of warm water
  • Fig. 6b is a schematicêtssskizze an embodiment of a mixed water storage according to the invention for the provision of cold water.
  • Fig. 1 shows a view of a mobile housing 100 with a therein
  • the illustrated housing 100 has a width of about 0.8 meters, a depth of one meter and a height of about 1.8 meters. Furthermore, it can have transport-assisting aids that facilitate mobile use. This is especially think of suitably mounted roles.
  • the pairs of terminals 21, 22, 23, 24 shown can represent standardized connection pairs whose embodiment already conveys to the person skilled in the art to what kind of
  • the mobile housing 100 has a connection pair 21 for connection to at least one external heat supply circuit 31 (not shown in the present case), which supplies heat to the refrigeration unit 1 accommodated in the mobile housing 100. Furthermore, the mobile housing 100 has a connection pair 22 for
  • the refrigeration unit 1 can also deliver heat via a heat release circuit 34 (not shown here), which is provided on the connection pair 24 for connection.
  • a heat release circuit 34 (not shown here)
  • an external auxiliary heating circuit 33 (not shown in the present case) can be connected via the mobile housing 100 to the connection pair 23, which can additionally supply the refrigeration unit 1 with cold or heat if required.
  • the mobile housing 100 has a
  • Refrigeration unit 1 if necessary to supply with electrical energy or dissipate them for use in generating electrical energy by means of a generator in the housing 100 for use.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of
  • Refrigeration unit 1 according to the invention or an embodiment of the invention
  • the refrigeration unit 1 comprises a
  • Absorption chiller 11 which has an absorber 111, a desorber 112, a condenser 113 and an evaporator 114. To supply the
  • a solar thermal system 40 which via a heat supply circuit 31 and two housed therein pumps 51 and 52 and a buffer storage 50 received therein and interposed supply the absorption chiller 11 with heated fluid.
  • the buffer memory 50 serves in particular as a direct heat source, in which in the
  • the illustrated solar cooling system comprises an auxiliary heating circuit 33 which cooperates with a pump 52 accommodated in the refrigerating unit 1 and allows the absorber 111 of the refrigerating machine 11 to be cooled back.
  • this auxiliary thermal circuit 33 can also be used for heat supply, if a suitable heat supply source (ambient air heat source,
  • the refrigeration unit 1 comprises a heat generator 12, which in the present case is designed as a heat pump 12.
  • the heat generator 12 in this case comprises a
  • the heat generator 12 comprises a condenser 122, via which heat is released and discharged via suitable circuits to the outside.
  • the heat generator 12 comprises a compressor 123 and a throttle 124 connected between the evaporator 121 and the condenser 122.
  • the heat released in the condenser 122 can be sent via a heat release circuit 34 to a suitable drinking water storage 80 and to a mixed water storage 70 for supplying a consumer installation 60 (FIG. not shown here) are delivered.
  • the refrigeration unit 1 also has a controller 40 which allows to control pumps 52, 53, 54 and 55. These pumps 52, 53, 54 and 55 are each individually the control or regulation of the heat supply circuit 31, the auxiliary heat circuit 33, the cold discharge circuit 32 and the
  • Heat release circuit 34 can still take over the control or regulation of other components in the refrigeration unit 1.
  • Absorption refrigeration machine 11 and a control or regulation of the compressor 123 of the heat generator 12 conceivable.
  • Other components of both Absorption refrigeration machine 11 and the heat generator 12 can be controlled by the controller 40.
  • the controller is also capable of switching between the condenser 113 and the evaporator 114, thus employing the absorption chiller 11 as a heat pump, for example in winter for heating purposes. Switching is carried out according to the hydraulic design.
  • the controller 40 can also control or regulate components arranged outside the refrigeration unit 1.
  • the controller 40 may be adapted to control the pump 51 in the external heat supply circuit 31.
  • the refrigeration unit 1 may also have suitable line arrangements (not shown) with suitable terminals (not shown), by means of which corresponding control signals or control signals can be discharged or introduced from the cooling unit 1.
  • FIG. 3 shows a schematic functional sketch of a further embodiment of a refrigeration unit 1 according to the invention and of a solar cooling system whose
  • the controller 40 is not shown here for reasons of clarity.
  • the heat generator 12 is not designed as a heat pump, which is downstream of the absorption chiller 11, but as a combustion heat generator 12 for the combustion of fossil fuels, and which is upstream of the absorption chiller and can supply them with additional heat if necessary.
  • Such an arrangement is particularly suitable when the absorption chiller 11 is to be used as a heat pump, whereby the heat generated in the heat generator 12 directly into the
  • Heat release circuit 34 can be fed and the absorption chiller 11 bypasses.
  • the controller 40 of the refrigeration unit 1 controls or regulates not only in Fig. 2 illustrated fluid power elements and the heat generation in the
  • Heat generator 12 The further operation of the solar cooling system shown in FIG. 3 or the refrigeration unit 1 shown will be apparent to those skilled in the art on the basis of the functional diagram.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a refrigeration unit 1 according to the invention or a further embodiment of a solar refrigeration system, wherein the embodiment shown in FIG. 4 differs from the embodiment shown in FIG the provision of an ORC system 13 is different.
  • the controller 40 is again not shown in the present case for reasons of clarity.
  • the ORC system 13 in this case comprises an evaporator 131 and a generator 132, which is provided for generating electrical current.
  • the ORC system 13 comprises a plurality of heat exchangers 133, 134 and 135, via which the heat or waste heat generated in the ORC process is repeatedly converted.
  • the ORC system 13 is connected downstream of the heat generator 12 and the absorption chiller 11th
  • the absorption chiller 11 is here again suitable to act as a heat pump.
  • the waste heat generated in the ORC process after the generation of electrical energy in the generator 132 is partially recovered for the ORC process by means of the heat exchanger 134 and partially released via the heat exchanger 133 to the desorber 112 of the absorption chiller 11.
  • the recovered heat becomes the ORC process again
  • a residual cooling of the ORC process in the ORC system 13 is also achieved via the auxiliary heating circuit 33, which is equipped with a recooling unit (not provided with reference numerals) and can also recool the absorption chiller 11. Further, the controller 40 may also control or regulate components of the ORC system.
  • the further function of the embodiment of the refrigeration unit 1 shown in FIG. 4 as well as the embodiment of the solar cooling system will be apparent to a person skilled in the art on the basis of the functional diagram.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a refrigeration unit 1 according to the invention or a further embodiment of the solar refrigeration system, wherein the refrigeration unit shown in FIG. 5 illustrated embodiment of the in Fig. 4 embodiment only differs in that the heat generator 12 is no longer designed as a combustion heat generator, but is now present as a heat pump 12, which is connected downstream of the absorption chiller 11.
  • This relative switching arrangement of the absorption chiller 11 and the heat generator 12 thus corresponds to a Fig. 2 arrangement shown.
  • the heat generator 12 designed as a heat pump permits additional cooling via the evaporator 121 as well as additional heat via the condenser 122.
  • the provided cold is here in particular to the
  • Absorption cooling machine 11 transmit, wherein the heat provided also for heating purposes to a consumer installation installed in the building can be delivered.
  • the controller 40 is again for the sake of
  • Fig. 6a and Fig. 6b show a schematic representation of a mixed water storage 70 according to a uniform embodiment.
  • the mixed water reservoir 70 has in both cases a water vapor diffusion-tight tank, which is suitably thermally insulated.
  • this tank has an upper portion 71, and a lower portion 72, between which portions 71, 72 water
  • Mixed water storage 70 also includes a conduit network with fluidic elements that allows either hot water from the upper section
  • this conduit network also allows cold water to be withdrawn from the lower portion 72 of the mixed water storage 70 via the lower branch of the delivery loop 35, while at the same time introducing relatively warmer water from the upper branch of the discharge loop 35 via the upper portion 71 of the mixed water storage 70.
  • the line network comprised by the mixed-water storage device here has three three-way magnetic valves 73a, 73b and 73c
  • the mixed water reservoir 70 according to the circuit arrangement shown in Fig. 6a is typically used for heating operation, for example in winter, wherein from the upper portion 71 of the mixed water storage 70, warm water is removed and the lower branch of the discharge circuit 35 is supplied.
  • the relatively colder water returned to the upper branch of the delivery loop 35 may be partially added to the lower branch of the delivery loop 35 and partially be introduced into the lower portion of the mixed water storage 70. To this sometimes simultaneous removal and return of water in the
  • the three-way valve 73b is preferably designed as a metering valve.
  • the in Fig. 6b illustrated mixed water storage 70 corresponds to that in FIG. 6a shown mixed water storage tank 70 from its construction.
  • a circuit arrangement as may be present, for example, to provide cold, for example in the summer.
  • 70 water is removed from the lower portion 72 of the mixed water storage and fed to the lower branches of the discharge circuit 35.
  • the relatively warmer water, which is returned in the upper branch of the discharge circuit 35, is partially introduced into the upper portion of the mixed water storage tank 70 and partially to the lower branch of the discharge circuit 35 when needed
  • Mixed water storage 70 typically prevails a temperature level of 35 ° C and prevails in the lower portion 72 of the mixed water storage tank 70 typically a temperature level of 25 ° C. As those skilled in the art will understand, these temperatures are only to be understood as examples, with a physically sensible temperature gradient being able to form in the mixed-water reservoir 70, depending on the circumstances.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kälteeinheit zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte oder Kälte und Wärme umfassend wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) sowie einen Wärmeerzeuger (12), welche in eine gemeinsame, mobile Einhäusung integriert sind. Die Kälteeinheit weist hierbei wenigstens ein Anschlusspaar (21) zum Anschluss an wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31) auf, über welchen die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage mit Wärme versorgt wird, sowie wenigstens ein Anschlusspaar (22) zum Anschluss an wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf (32) auf, über welchen Kälte aus der Kälteeinheit abgegeben werden kann. Weiter umfasst die Kälteeinheit eine Steuerung (40), welche den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf sowie den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers steuert bzw. regelt.

Description

Kompakte Kälteeinheit
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kälteeinheit zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte oder Kälte und Wärme, umfassend wenigstens eine Absorptions- oder
Adsorptionskälteanlage sowie einen Wärmeerzeuger welche in eine gemeinsame, mobile Einhäusung integriert sind. Weiter betrifft die Erfindung ein solares
Kühlsystem, welches eine derartige Kälteeinheit aufweist. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kälteeinheit zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte oder Kälte und Wärme als auch einen
Mischwasserspeicher zur Versorgung einer Verbraucheranlage mit warmem oder kaltem Fluid.
In den vergangen Jahren hat auch vor dem Hintergrund gehäuft auftretender
Hitzewellen in den industrialisierten Ländern der Erde eine verstärkte
Entwicklungstätigkeit auf dem Gebiet der Gebäudekühlung jenseits herkömmlicher Klimatisierungstechnik eingesetzt und auch beachtenswerte Resultate erzielt.
Hierbei richtet sich ein Hauptaugenmerk dieser Entwicklungstätigkeit auf den energetisch effizienten Einsatz von Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen, welche je nach Konfektionierung in der Lage sind, auch größere Gebäude oder sogar Gebäudekomplexe mit Kälte, d.h. mit Kühlung zu versorgen. Um ausreichend Kälte bereitstellen zu können, müssen diese Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen mit ausreichend Wärmeenergie versorgt werden, um die in den Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen zyklisch ablaufenden thermischen Vorgänge aufrechterhalten zu können. Gleichzeitig ist die Abfuhr von Kälte, d . h. von negativer oder verlorener Wärme, in ausreichendem Maße, erforderlich.
Diese Gebäudekühltechnik, welche bis vor wenigen Jahren typischerweise nur in industriellem Maßstab Anwendung gefunden haben, etabliert sich nun zunehmend auch für Anwendungen im privaten häuslichen Bereich. Bevorzugt werden derartige Absorptions- oder Adsorptionskältemaschinen auch in Verbindung mit
Solarkollektorfeldern eingesetzt, welche bei ausreichender solarer Einstrahlung eine genügende Wärmenergieerzeugung gewährleisten können, um mittels dieser
Wärmeenergie die Absorptions- oder Adsorptionsprozesse in den Kältemaschinen voranzutreiben. Für einen wirtschaftlichen Betrieb sind derartige Kühlanlagen in der Regel so ausgelegt, dass maximal ca . 2/3 der zu erbringenden Kälteleistung durch die Wärmeleistung aus den angeschlossenen Solarkollektorfeldern entnommen werden kann. Um eine 100-prozentige Deckung der Kälteleistung zu erreichen, bedarf es jedoch meist zusätzlicher Kühlanlagen bzw. einer zusätzlichen Beheizung zur
Bereitstellung von zusätzlicher Wärmeleistung . Hierzu müssen einzelne technische Systeme, Solarkollektorfeld, Absorptions- oder Adsorptionskältemaschine, Gasbrenner oder Wärmepumpe sowie gegebenenfalls eine Kompressionskältemaschine
miteinander verschaltet und aufeinander eingestellt werden. Problematisch gestaltet sich bei dieser Verschaltung in der Regel nicht nur die Verschaltung einzelner
Komponenten selbst, sondern auch deren Regelung bzw. Steuerung im
Betriebszustand sowie in Nicht-Betriebszuständen. Bisher war es normalerweise nur über geeignete Auswahl der einzelnen Komponenten in Bezug auf die jeweils zur Verfügung gestellte Leistung bzw. aufgenommene Leistung möglich, einen sinnvollen Betrieb aller Komponenten in einem Gesamtsystem zu erreichen. Demgemäß musste etwa die Größe des Solarkollektorfeldes, der Kältemaschinen, Gasbrenner oder Wärmepumpen bzw. Kompressionskältemaschinen aufeinander abgestimmt werden, um überhaupt einen wirtschaftlichen Betrieb zu erlauben. Da bei dieser Abstimmung jedoch das Fachwissen unterschiedlicher Spezialisten (Heizungstechniker,
Kältetechniker, Solartechniker und Schaltungstechniker) erforderlich war, die jedoch auf den jeweils anderen Fachgebieten nicht über ausreichend Erfahrung und Wissen verfügen, kam es bei der Abstimmung der Komponenten sehr häufig zu Fehlern. Als Folge dieser Fehler resultierte ein ineffizienter Betrieb der Gesamtanlage, wobei einzelne Komponenten durch Fehlverschaltung und Fehlbelastung mitunter auch Schaden nehmen konnten. Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, die Unzulänglichkeiten aus dem Stande der Technik zu vermeiden, und eine Kälteeinheit vorzuschlagen, welche eine mühelose Ingebrauchnahme sowie einen wirtschaftlichen Betrieb gewährleisten kann. Weiter ist es Aufgabe, ein geeignetes
Steuerungsverfahren für eine solche Kälteeinheit vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kälteeinheit zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Kälteeinheit zur Versorgung eines
Gebäudes mit Kälte oder Kälte und Wärme gelöst, welche wenigstens eine
Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage sowie einen Wärmeerzeuger umfasst, welche in eine gemeinsame, mobile Einhäusung integriert sind, wobei die Kälteeinheit wenigstens ein Anschlusspaar zum Anschluss an wenigstens einen externen
Wärmeversorgungskreislauf aufweist, über welchen die wenigstens eine Absorptionsoder Adsorptionskälteanlage mit Wärme versorgt wird, sowie wenigstens ein
Anschlusspaar zum Anschluss an wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf aufweist, über welchen Kälte aus der Kälteeinheit abgegeben werden kann, und wobei die Kälteeinheit weiter eine Steuerung umfasst, welche den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf sowie den wenigstens einen externen
Kälteabgabekreislauf in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers steuert bzw. regelt.
Weiter wird die Aufgabe Verfahren zu Steuerung einer Kälteeinheit zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte gelöst, welches den wenigstens einen externen
Wärmeversorgungskreislauf sowie den wenigstens einen externen
Kälteabgabekreislauf in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers steuert.
Ein wesentlicher Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht zunächst in der Integration der Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers in einer mobilen Einhäusung. Die mobile Einhäusung erlaubt einerseits eine leichte Aufstellung und Inbetriebnahme der Kälteeinheit, andererseits kann die mobile
Einhäusung in einem Gebäude so platziert werden, dass eine möglichst einfache und wirtschaftliche Verschaltung vorgenommen werden kann. Weiter erleichtert die Mobilität der Einhäusung deren Wartung sowie deren Austausch für umfangreichere Wartungstätigkeiten.
Ein anderer überaus vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Steuerung, welche den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf sowie den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf in wirtschaftlich möglichst effizienter und sinnvoller Weise steuert bzw. regelt. Die Regelung bzw. Steuerung erfolgt hierbei in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des in der Kälteeinheit aufgenommenen Wärmeerzeugers. Folglich gewährleistet die Steuerung zu jedem Zeitpunkt einen möglichst effizienten Ablauf der in der Kälteeinheit stattfindenden thermischen Vorgänge, ohne diese vorher mit der Wärmeleistung des
Wärmeversorgungskreislaufes abstimmen zu müssen. Vielmehr erfolgt die
Abstimmung über die Steuerung bzw. Regelung des Wärmeversorgungskreislaufes selbst. Eine geeignete Steuerung bzw. Regelung nimmt die erfindungsgemäße Kälteeinheit auch in Bezug auf den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf vor. Wird beispielsweise der wenigstens eine externe Wärmeversorgungskreislauf mittels einer Solarthermieanlage mit Wärme versorgt, die bei übermäßiger
Sonneneinstrahlung für den effizienten Ablauf der thermischen Vorgänge in der Kälteeinheit zuviel Wärmeenergie bereitstellt, ist es der Steuerung der Kälteeinheit möglich, durch einen abregelnden Vorgang nur soviel Wärme der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage zuzuführen, dass diese möglichst effizient arbeitet und ausreichend Kälte zur Verfügung stellen kann. Weiter ist es der
Kälteeinheit möglich, die Menge an abgegebener Kälte beispielsweise über eine Aufregelung des wenigstens einen externen Kälteabgabekreislaufes an sich ändernde Betriebsbedingungen anzupassen.
Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Kälteeinheit ist somit, dass die funktionswesentlichen Komponenten und Kreisläufe in wirtschaftlich sinnvoller Weise aufeinander abgestimmt sind, sowie in einem einzigen Gerät integriert angeordnet sind. Dieses Gerät kann durch einfaches Verschalten mit geeigneten, bevorzugt mit verwechslungsfreien Gegenanschlüssen des wenigstens einen
Wärmeversorgungskreislaufs und des wenigstens einen externen
Kälteabgabekreislaufes in leichter Weise in Betrieb genommen werden. Hierbei kann die Verschaltung im Sinne eines einfachen„plug-and-play"-Verfahrens erfolgen. Dem Gerät ist es anschließend bei Inbetriebnahme durch die Steuerung bzw. Regelung möglich, alle umfassten und angeschlossenen Komponenten und Kreisläufe in wirtschaftlich sinnvoller Weise zu steuern bzw. zu regeln. Demzufolge kann die Inbetriebnahme einer solchen Kälteeinheit durch eine einzigen Fachmann bzw. auch durch einen Nichtfachmann vorgenommen werden, wobei die Steuerung der
Kälteeinheit all die Aufgaben übernimmt, welche bisher unterschiedliche Fachmänner in Absprache untereinander erfüllen mussten.
Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit weist diese weiter wenigstens ein Anschlusspaar zum Anschluss an wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf auf, über welchen die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage entweder mit Kälte oder mit Wärme versorgt werden kann, wobei die Steuerung den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf ebenso in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptionsoder Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers steuert bzw. regelt. Ein derartiger H ilfswärmekreislauf kann als Rückkühlkreislauf bzw. auch als weiterer Wärmeversorgungskreislauf ausgebildet sein. Eine Rückkühlung kann beispielsweise über Luftkühlung bzw. Grundwasserkühlung vorgenommen werden. Eine zusätzliche Wärmeversorgung kann beispielsweise Wärme aus der Luft, aus dem Boden
(Geothermie) oder dem Grundwasser zur Verfügung stellen. Hierbei wird der wenigstens eine externe Hilfswärmekreislauf entsprechend den in der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage ablaufenden thermischen Prozessen zur Bereitstellung weiterer Wärme bzw. Kälte genutzt, um die dort ablaufenden Prozesse mit höherer Effizienz voranzutreiben bzw. erst zu ermöglichen. Demgemäß wird auch die über den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf zur Verfügung gestellte Kälteleistung bzw. Wärmeleistung umgesetzt, um wenigstens eine
Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage mit höherer Effizienz zu betreiben. Dem Fachmann ist hierbei offensichtlich, dass die über den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf zur Verfügung gestellte Kälteleistung bzw. Wärmeleistung aus Quellen der bekannten Art stammen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Kälteeinheit weist diese weiter
wenigstens ein Anschlusspaar zum Anschluss an wenigstens einen externen
Wärmeabgabekreislauf auf, über welchen Wärme aus der Kälteeinheit abgegeben werden kann, wobei die Steuerung den wenigstens einen externen
Wärmeabgabekreislauf ebenso in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des
Wärmeerzeugers steuert bzw. regelt. Demzufolge können auch in der Kälteeinheit erzeugte thermische Wärme zur Nutzung über den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf abgegeben werden. Diese steht dann beispielsweise zur Trinkwassererwärmung bzw. zu einer nutzungsspezifischen Wärmeabgabe bereit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Kälteeinheit umfasst diese weiter wenigstens eine ORC-Anlage, die zwischen das wenigstens eine Anschlusspaar zum Anschluss an wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf und die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage geschaltet ist. Die
Kälteeinheit kann folglich auf ihrer thermischen Antriebsseite mit einer ORC-Anlage (Organic Rankine Cycle-Anlage) ergänzt werden.
Die ORC-Anlage betreibt hierbei einen Generator mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasserdampf. ORC-Verfahren kommen insbesondere immer dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und
Wärmesenke zu niedrig für den Betrieb eines mit Wasserdampf angetriebenen
Generators ist. Derartige ORC-Anlagen werden typischerweise mit R134a betrieben, das mit stark erwärmtem Fluid aufgeheizt wird und seine überschüssige Wärme an einen Generator zur Stromerzeugung sowie an einen Wärmetauscher zur
Wärmeabgabe abgeben kann. Die vorliegend von der ausführungsgemäßen
Kälteeinheit umfasste ORC-Anlage werden als Kolben-, Schrauben- oder
Turbomaschinen primär zur Stromerzeugung vorgesehen, wobei die nichtgenutzte Wärme des ORC-Prozesses zum Antrieb der wenigstens einen nachgeschalteten Absorptions- oder Adsorptionskältemaschine genutzt wird . Folglich kann der
Gesamtwirkungsgrad der gekoppelten ORC-Anlage und der wenigstens einen
Absorptions- oder Adsorptionskältemaschine erhöht werden, wobei die aus dem ORC- Prozess zur Verfügung stehende Abwärme nicht energieaufwändig rückgekühlt werden muss. ORC-Anlagen benötigen typischerweise Antriebstemperaturen, von 100°C und mehr. Der Wirkungsgrad einer ORC-Anlage liegt hierbei im Bereich von 15 - 25 %. Dies verlangt, dass etwa 75 - 85 % der von der ORC-Anlage aufgenommenen Energie normalerweise energieaufwändig rückgekühlt werden müssen. Ausführungsgemäß wird jedoch diese Rückkühlung durch die Absorptions- oder Adsorptionskältemaschine vorgenommen, wobei ein großer Teil dieser Energie zur Kälteerzeugung genutzt wird. Ausführungsgemäß kann also die Abwärme des ORC-Prozesses weitgehend
energieeffizient und besonders wirtschaftlich zur Kälteerzeugung genutzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Steuerung bzw. Regelung durch die Steuerung auch in Abhängigkeit weiterer externer Leistungsdaten, insbesondere von Leistungsdaten zur Zustandsbeschreibung der externen Kreisläufe erfolgt. Hierzu sind in den externen Kreisläufen typischerweise Sensoren und/oder Messanlagen vorgesehen, so dass die Leistungsdaten der jeweiligen Kreisläufe erfasst und an die Steuerung weiter übermittel werden können. Insbesondere sind die Sensoren und/oder Messanlagen dazu geeignet, die
Temperatur, den Durchfluss und/oder die Strömung in den Kreisläufen zu erfassen. Weiter kann auch die Temperatur sowie die Einstrahlung in der Umgebung erfasst werden, um beispielsweise Umgebungszustände zu charakterisieren, in welchen die Kälteeinheit oder weitere mit ihr zusammenwirkende Komponenten arbeiten. Mit Hilfe der Sensoren und/oder Messanlagen kann somit ein Istzustand erfasst werden, welcher mittels der Steuerung gemäß einem Sollzustand eingeregelt oder eingestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit kann vorgesehen sein, dass die Steuerung auch die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und/oder den Wärmeerzeuger steuert bzw. regelt. Hierbei werden die Komponenten in der Kälteeinheit auf geeignete Weise im Zusammenspiel mit den externen Kreisläufen eingeregelt bzw. eingestellt. Vorzugsweise werden hierzu immer die aktuellen Betriebsbedingungen in der Steuerung berücksichtigt, um die wirtschaftliche und energetische Effizienz der Kälteeinheit wie auch des
Gesamtsystems aus Kälteeinheit, externen Kreisläufen und Verbraucheranlage zu verbessern bzw. beizubehalten. Hierbei kann in der Steuerung auch berücksichtigt werden, dass der Wärmeerzeuger nur hilfsweise als Wärmeerzeuger in Betrieb genommen werden soll, wenn die anderen Wärmequellen nicht ausreichend
Wärmeleistung an die Kälteeinheit liefern können.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit ist der Wärmeerzeuger eine elektrische Wärmepumpe oder ein Verbrennungswärmeerzeuger. Ein Verbrennungswärmeerzeuger kann beispielsweise ein mit fossilen Brennstoffen betriebener Wärmeerzeuger sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Kälteeinheit weist diese eine Kälteleistung von wenigstens 5 kW, insbesondere von wenigstens 10 kW und bevorzugt von wenigstens 20 kW auf. Folglich können nicht nur kleinere private Wohngebäude, sondern auch industriell oder öffentlich genutzte Gebäude mit ausreichend
Kühlleistung versorgt werden. Bevorzugt sind auch die Anschlusspaare an der Kälteeinheit verwechslungsfrei. Dies betrifft auch mögliche elektrische Anschlüsse, welche zur Zuführung elektrischer Energie bzw. zur Abführung von elektrischer Energie, falls diese in der Kälteeinheit etwa durch eine ORC-Anlage erzeugt wird, vorgesehen sind.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt dieser die Aufgabe zu Grunde, ein Kühlsystem unter Verwendung einer vorab beschriebenen Kälteeinheit vorzuschlagen, welche möglichst wirtschaftlich arbeitet und auch für den privaten Gebrauch geeignet ist. Insbesondere ist es Aufgabe, ein Kühlsystem vorzuschlagen, welches sich leicht in Betrieb nehmen lässt und zudem größtenteils energieautark arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch ein solares Kühlsystem gelöst, welches wenigstens die nachfolgend aufgezählten Komponenten umfasst:
- Wenigstens eine Kälteeinheit gemäß einem der oben beschriebenen
Ausführungsformen zur Aufnahme von Wärme aus einem
Wärmeversorgungskreislauf und zur Abgabe von Kälte aus einem
Kälteabgabekreislauf sowie zur Abgabe von Wärme aus einem
Wärmeabgabekreislauf;
- eine Solarthermieanlage zum fluidtechnischen Anschluss an den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf;
- eine gebäudegebundene Verbraucheranlage zum fluidtechnischen Anschluss an den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf und/oder an den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf.
Eine Kälteeinheit zur Bereitstellung von Kälte oder Kälte und Wärme zur
Gebäudekühlung entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsformen kann generell mit allen bekannten Arten von Wärmeversorgungsquellen betrieben werden. Hierzu sind insbesondere zu nennen Solarwärmequellen, Grundwasserwärmequelle, Erdwärme, Außenluft oder Abwärme. Sind mehrere Wärmeversorgungsquellen zum Betrieb der Kälteeinheit möglich, so wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Solarthermieanlage durch geeignete Steuerung bzw. Regelung Vorrang gegeben, falls eine solche vorgesehen ist. Im Falle einer besonders einfachen Ausführungsform des solaren Kühlsystems weist dieses lediglich eine solare Wärmeversorgungsquelle auf. Weiterhin kann das solare Kühlsystem auch noch mit einer
Außenluftwärmeversorgungsquelle ausgestattet sein. Unter Verwendung einzelner bzw. einer Kombination dieser nachhaltigen Wärmeversorgungsquellen kann die Kälteeinheit weitgehend energieautark betrieben werden, so dass für den Benutzer keine weiteren Unterhaltskosten hinsichtlich der Energieversorgung aufgebracht werden müssen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des solaren Kühlsystems ist vorgesehen, dass in wenigstens einem der externen Kreisläufe Sensoren vorgesehen sind, welche erlauben, den Kreislaufzustand messtechnisch zu erfassen und die Messdaten der Steuerung zuzuführen. Hierbei werden typischerweise Sensoren zur Erfassung der Temperatur, der Strömung sowie des Durchflusses oder des Druckes vorgesehen. Entsprechend der an die Steuerung übermittelten Messwerte kann eine geeignete Einstellung einzelner Kreisläufe erfolgen bzw. in einer weiteren
Ausführungsform auch eine geeignete Einstellung von der Kälteeinheit umfasste Komponenten, wie der Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage sowie dem
Wärmeerzeuger.
Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform des solaren Kühlsystems ist vorgesehen, dass externe Sensoren vorgesehen sind, welche erlauben, den
Funktionszustand der Solarthermieanlage und/oder Umgebungsparameter messtechnisch direkt oder indirekt zu erfassen und die Messdaten der Steuerung zuzuführen. Hierbei wird der Funktionszustand typischerweise durch Sensoren zur Messung der Lichtverhältnisse, Temperaturverhältnisse oder auch Regen- oder Schneeverhältnisse ermittelt, welche darauf schließen lassen, welche Wärmeleistung mittels der Solarthermieanlage zur Verfügung gestellt werden kann.
Ausführungsgemäß kann bei nicht ausreichenden Lichtverhältnissen zur Produktion von Wärme in der Solarthermieanlage der in der Kälteeinheit aufgenommene Wärmeerzeuger in Betrieb genommen werden, um zusätzliche Wärmeleistung bereit zu stellen. Sollten sich zu einem späteren Zeitpunkt die Lichtverhältnisse wieder zur Wärmeerzeugung in der Solarthermieanlage verbessern, kann der Wärmeerzeuger wieder außer Betrieb genommen werden, um Energie zu sparen und die
Gesamtwirtschaftlichkeit zu erhöhen.
Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform des solaren Kühlsystems ist in den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf zwischen die
Solarthermieanlage und das wenigstens eine Anschlusspaar der Kälteeinheit zum Anschluss des wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislaufes ein
Pufferspeicher geschaltet, welcher zur Speicherung von erwärmtem Fluid aus der Solarthermieanlage vorgesehen ist. Der Pufferspeicher dient insbesondere dann als unmittelbare Wärmeversorgungsquelle der Kälteeinheit, wenn bei ausreichender aber stark fluktuierender solarer Einstrahlung über den wenigstens einen externen
Wärmeversorgungskreislauf im zeitlichen Mittel genügend Wärme bereitgestellt werden kann, um die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskältemaschine zu betreiben. Zudem gewährt gemäß einer Ausführungsform die Steuerung der
Kälteeinheit bei ausreichender solarer Strahlung, d. h. bei ausreichend bereitgestellter Wärme der solar erzeugten Wärme stets Vorrang vor einer Wärmebereitstellung durch den Wärmeerzeuger. Die Erzeugung von Wärme über den Wärmeerzeuger bleibt folglich in solchen Fällen durch die Steuerung unterbunden. Erst wenn die solar erzeugte Wärmeleistung bzw. der Pufferspeicher den Bedarf der Kälteeinheit nicht mehr decken kann, wird nach Bedarf zusätzliche Wärmeleistung durch den
Wärmeerzeuger bzw. durch eine an den wenigstens einen externen
Hilfswärmekreislauf angeschlossene Wärmeversorgungsquelle zugeschaltet.
Zu Zeiten, in welchen dem Pufferspeicher nur ungenügend zusätzliche Wärme zugeführt werden kann, beispielsweise bei stark verminderten
Umgebungslichtverhältnissen, kann auch eine Reihenschaltung von
Solarthermieanlage und einer weiteren Außenlufteinheit vorteilhaft sein. Eine solche kann manuelle bei Bedarf vorgesehen werden, oder aber durch Umschalten mittels einer geeigneten Steuerungstechnik erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform des solaren Kühlsystems ist in den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf und/oder in den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf zwischen die Verbraucheranlage und das wenigstens eine Anschlusspaar des wenigstens einen externen Kälteabgabekreislaufes und/oder zwischen das wenigstens eine Anschlusspaar zum Anschluss des wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislaufes wenigstens ein Mischwasserspeicher geschaltet, welcher zur Speicherung von warmem und/oder kaltem Fluid aus der Kälteeinheit vorgesehen ist. Ein derartiger Mischwasserspeicher kann im Sinne eines
Schichtenspeichers als kombinierter Warm- und Kaltwasserspeicher ausgeführt sein. Der Mischwasserspeicher kann weiter so ausgeführt sein, dass er über eine
dampfdiffusionsdichte Isolierung verfügt, welche für Temperaturen zwischen -10°C und 110°C geeignet ist. Weiter kann der Mischwasserspeicher über eine geeignete hydraulische, fluidtechnische Verschaltung verfügen, welche erlaubt, die
Speicherbeladung einmal von oben im Falle des Zuführens von warmem Fluid und einmal von unten im Falle des Zuführens von kaltem Fluid vorzunehmen. Weiter kann auch bei Wärmebedarf, beispielsweise zum Betrieb einer Verbraucheranlage in einem Gebäude, aus dem Mischwasserspeicher von oben warmes Fluid entnommen werden bzw. im Falle von Kältebedarf, unten aus dem Speicher kühles Fluid . Die hydraulische fluidtechnische Verschaltung kann einerseits von Hand als auch durch automatische Steuerung bzw. Regelung von hydraulischen bzw. magnetischen Ventilen
vorgenommen werden. Insbesondere kann eine solche hydraulische fluidtechnische Verschaltung ein Umschalten von einem Sommer- auf einen Winterbetrieb erlauben, wobei im Sommerbetrieb bevorzugt kühles Fluid und im Winterbetrieb bevorzugt warmes Fluid entnommen wird . Die Nutzung eines solchen Mischwasserspeichers erlaubt folglich, die Bereitstellung von typischerweise zwei Wasserspeichern in einem zu vereinigen und erspart folglich dem Betreiber Kosten und unnötige Platzbelegung.
Das solare Kühlsystem kann sich nach einem weiteren Aspekt dadurch auszeichnen, dass bei fehlender solarer Einstrahlung die Kälteeinheit nicht über die solar erzeugte Wärme, sondern über den Wärmeerzeuger angetrieben wird . Die Wärme beider Wärmequellen kann bei nicht ausreichender Wärmebereitstellung zur Kälteerzeugung nach einer weiteren Ausführungsform der Kälteeinheit auch zum Erwärmen einer Verbraucheranlage genutzt werden. Die Funktionsweise der Kälteeinheit ist in diesem Falle die einer Wärmepumpe. Aufgrund dieser Doppelfunktion der Kälteeinheit ist eine ammoniakbetriebene Absorptionskältemaschine zur Verwendung in der Kälteeinheit vorteilhaft geeignet, da diese auch Quelltemperaturen unter Null Grad Celsius mit hohem Wirkungsgrad Nutzen kann. Für andere Temperaturniveaus, wie sie
beispielsweise im Grundwasser oder bei geothermischen Wärmequellen vorherrschen, können aber auch erfolgreich Lithiumbromid- oder Lithiumchlorid-Absorptions- und Zeolithe- bzw. Silicagel-Adsorptionswärmepumpen eingesetzt werden. Durch diese Wärmepumpenfunktion lässt sich die Energieausnutzung im Vergleich zu
herkömmlichen Wärmeerzeugern auf bis zu 136 % anheben.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Steuerung einer Kälteeinheit kann vorgesehen sein, dass es weiterhin auch den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf und/oder wenigstens einen externen
Wärmeabgabekreislauf in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers steuert. Demgemäß werden alle zum Betrieb der Kälteeinheit notwendigen bzw.
unterstützenden Kreisläufe über die Steuerung der Kälteeinheit gesteuert bzw.
geregelt. H ierbei kann die Steuerung weiterhin auch die Absorptions- oder
Adsorptionskälteanlage sowie den Wärmeerzeuger in der Kälteeinheit steuern bzw. regeln. Die Steuerung kann folglich als Generalsteuerung ausgelegt sein, welche alle an der Kälteerzeugung teilhabenden Komponenten sowie Kreisläufe steuert bzw.
regelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Steuerung einer
Kälteeinheit erfolgt die Steuerung über die geeignete Ansteuerung von
fluidtechnischen Elementen in der Kälteeinheit, insbesondere über die geeignete Ansteuerung von Pumpen und von Drosseln. Hierbei kann die Steuerung insbesondere über eine Kombination von Pumpen und Drosseln erfolgen, so dass alle an der Kälteerzeugung beteiligten Kreisläufe in wirtschaftlich sinnvoller Weise gesteuert bzw. geregelt werden.
In einer anderen Ausführungsform gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit berücksichtigt die Steuerung weiterhin Messwerte der momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder
Adsorptionskälteanlage und des Wärmeerzeugers. Derartige Messwerte können über geeignet angebrachte Sensoren, insbesondere Temperatursensoren sowie Fluss- und Strömungssensoren erfasst werden, wobei diese Sensoren entweder in bestimmten vorgegebenen Zeitintervallen Messwerte zur Verfügung stellen, oder aber diese auch in Echtzeit zur Verfügung stellen können. Eine Steuerung bzw. Regelung aufgrund erfasster Messwerte erlaubt eine im Hinblick auf den wirtschaftlichen Betrieb der Kälteeinheit effiziente Steuerung bzw. Regelung .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Kälteeinheit ist vorgesehen, dass die Steuerung Messwerte der momentanen Leistungsdaten zur Zustandsbeschreibung der externen Kreisläufe und/oder zur Beschreibung des Funktionszustands weiterer externer Bauteile berücksichtigt. Hierzu sind in den externen Kreisläufen typischerweise Sensoren und/oder Messanlagen vorgesehen, welche die Leistungsdaten erfassen und an die Steuerung weiter übermitteln. Solche Leistungsdaten betreffen typischerweise die Temperatur, den Durchfluss und die Strömung in den Kreisläufen. Weiter kann auch die externe Temperatur sowie die externe Lichteinstrahlung erfasst werden, um beispielsweise Umgebungszustände zu charakterisieren, in welchen die Kälteeinheit oder weitere mit ihr zusammenwirkende Komponenten oder Bauteile (beispielsweise eine Solarthermieanlage) arbeiten. Mit Hilfe der Sensoren und/oder Messanlagen kann ein Istzustand erfasst werden, welcher mittels der Steuerung gemäß einem
Sollzustand eingeregelt oder eingestellt werden kann. Hierzu können die Änderungen in Echtzeit verfolgt werden, so dass die Steuerung bzw. Regelung sich jeweils geeignet an die sich ändernden Verhältnisse anpassen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Kälteeinheit ist vorgesehen, dass die Steuerung eine Verbesserung der Energieeffizienz der Kälteeinheit berücksichtigt. Hierbei berücksichtigt die
Steuerung einerseits die Leistungsaufnahme verschiedener Komponenten oder Bauteile der Kälteeinheit oder eines größeren Gesamtsystems, in welches die
Kälteeinheit eingebunden ist. Andererseits kann auch die mögliche Bereitstellung von regenerativen und damit wirtschaftlich zu bevorzugenden Energiequellen
berücksichtigt werden. Weiter kann die Steuerung auch die thermodynamischen Kenndaten einzelner Prozessschritte in der Kälteeinheit berücksichtigen, welche ebenso hinsichtlich der verbrauchten und verlorenen Energiemengen energieeffizient eingestellt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Kälteeinheit kann die Steuerung bei Unterschreiten einer
vorbestimmten Umgebungstemperatur die Kälteeinheit so steuern bzw. regeln, dass sie im Wesentlichen als Wärmepumpe zur Bereitstellung von Wärme eingesetzt werden kann. Somit kann die Kälteeinheit bei nicht mehr ausreichender Kühl- bzw. Kälteleistung, beispielsweise im Winter bei schlechten Lichtverhältnissen, zusätzlich Wärme bereitstellen, welche im ursprünglich zu kühlenden Gebäude zu Heizzwecken bzw. zu Wärmeaufbereitungszwecken eingesetzt werden kann. So kann beispielsweise im Winter auch bei noch relativ niedrigen Temperaturen Umgebungsenergie bzw. nachhaltig nutzbare Energie in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt werden, welche zusätzlich zur Heizung von Gebäudeinnenräumen eingesetzt werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung ein Umschalten auch durch manuelle Eingabe eines Benutzers erlauben, so dass bei Wunsch die Kühleinheit auch im Sinne einer Wärmepumpe jederzeit zur Verfügung stehen kann. Hierbei ist es
ausführungsgemäß jedoch nicht erforderlich, die an der Wärmepumpenfunktion beteiligten Kreisläufe neu zu verschalten, sondern die Steuerung übernimmt eine derartige Steuerung bzw. Regelung eigenständig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Steuerung einer
Kälteeinheit erlaubt die Steuerung einen zur Kühleinheit externen
Mischwasserspeicher anzusteuern, und je nach Bedarf aus diesem Warmwasser oder Kaltwasser zu entnehmen. Das entnommene Warmwasser kann beispielsweise als Trinkwasser bzw. Gebrauchswasser oder auch zu Heizzwecken zur Verfügung stehen.
Das entnommene Kaltwasser kann ebenfalls zur thermischen Trinkwasseraufbereitung bzw. zu Kühlzwecken entnommen werden. Das Verfahren zur Steuerung einer
Kälteeinheit kann folglich geeignet sein, neben der Steuerung bzw. Regelung aller in der Kälteeinheit aufgenommenen Komponenten auch den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf, den wenigstens einen Kälteabgabekreislauf, den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf sowie den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf zu regeln oder zu steuern. Demzufolge wird erreicht, dass die Komponenten bzw. Kreisläufe jeweils in einem wirtschaftlich sinnvollen
Betriebszustand laufen. Weiterhin kann eine zeitlich andauernde Analyse aller
Leistungsbedarfe und der Leistungsfähigkeit einzelner Komponenten durchgeführt werden, welche bei der Steuerung bzw. Regelung des Gesamtsystems berücksichtigt werden.
Weiterhin nachteilig an aus dem Stand der Technik bekannten
Kälteversorgungsanlagen ist, dass diese nur eine unzureichende Aufbewahrung von gekühltem Fluid erlauben, um auch über längere Zeiten das Gebäude mit Kälte zu versorgen. Zwar ist aus dem Stande der Technik bekannt, Kühlfluid in einem geeigneten wärmegedämmten Tank aufzubewahren, um es bei Bedarf aus diesen zu entnehmen, doch ist diese Aufbewahrung ungeeignet für eine Kälteeinheit, welche bei Wunsch und mittels geeigneter Steuerung auch in eine Wärmepumpe umgeschaltet werden kann. Gerade in saisonalen Übergangszeiten, in welchen ein Wechsel zwischen der Bereitstellung von Kälte und der Bereitstellung von Wärme
möglicherweise mehrfach gewechselt werden muss, ist eine Zwischenspeicherung von Fluid jeweils unterschiedlicher Temperatur in nur einem gemeinsamen Tank
unbrauchbar. Folglich stellt sich die technische Aufgabe, einen Wasserspeicher vorzuschlagen, welcher geeignet ist, mit einer Kälteeinheit in Fluidverbindung die Kühlung wie auch die mögliche Erwärmung eines Gebäudes zu ermöglichen, wenn die betreffende Kälteeinheit von einer Kühlanlage durch steuerungstechnisches
Umschalten in eine Wärmepumpe umgeschaltet wird . Insbesondere ist es Aufgabe, einen Wasserspeicher vorzuschlagen, welcher effizient in ein solares Kühlsystem integriert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Mischwasserspeicher zur Versorgung einer
Verbrauchanlage mit warmem oder kaltem Wasser über einen externen Abgabekreislauf gelöst, welcher einerseits über einen externen Aufnahmekreislauf mit kaltem oder warmem Wasser versorgt werden kann, und welche andererseits auch aus dem Abgabekreislauf mit jeweils kaltem oder warmem zurückgekühlten Wasser versorgt werden kann, wobei der Mischwasserspeicher als Schichtspeicher ausgeführt ist und einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweist, aus welchem Wasser entnommen bzw. zugeführt werden kann, wobei weiter eine Anzahl an fluidtechnischen Elementen, insbesondere an Ventilen umfasst wird, über welche nach Wahl entweder warmes Wasser aus dem oberen Abschnitt entnommen werden kann und gleichzeitig relativ kälteres Wasser aus dem externen Abgabekreislauf in den unteren Abschnitt zurückgeführt werden kann, oder kaltes Wasser aus dem unteren Abschnitt entnommen werden kann und gleichzeitig relativ wärmeres Wasser aus dem externen Abgabekreislauf in den oberen Abschnitt eingeführt werden kann. Die gleichzeitige sowie umschaltbare Entnahme von kaltem und relativ wärmerem Wasser bzw. warmem und relativ kälterem Wasser aus dem Mischwasserspeicher lässt diesen relativ flexibel auch bei sich ändernden Einsatzbestimmungen anwenden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Mischwasserspeichers erlaubt dieser, weiterhin aus einem externen Zuführkreislauf warmes Wasser in den oberen Abschnitt einzuführen und gleichzeitig relativ kälteres Wasser aus dem unteren Abschnitt zu entnehmen, oder kaltes Wasser aus dem unteren Abschnitt zu entnehmen und gleichzeitig relativ wärmeres Wasser in den oberen Abschnitt einzuführen. Folglich ist der Mischwasserspeicher an zwei externe Kreisläufe angeschlossen, über welche gleichzeitig Wasser entnommen und/oder zugeführt werden kann. Bevorzugt kann die Schichtung in dem Mischwasserspeicher bei Wasserentnahme oder Wasserzugabe auch mittels geeigneter technischer Maßnahmen verbessert werden. Hierbei sind insbesondere geeignet geformte Düsenrohre oder Trennbleche (Lochbleche) denkbar.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Mischwasserspeichers ist dieser als hydraulische Weiche ausgeführt. Gerade bei unterschiedlichen
Entnahmemengen im Vergleich zu den Zuführmengen aus dem Abgabekreislauf und/oder dem Zuführkreislauf ist mit sich ändernden Druckverhältnissen in dem Mischwasserspeicher zu rechnen, so dass dieser ausführungsgemäß im Sinne einer hydraulischen Weiche diese Druckunterschiede ausgleichen kann. In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine hydraulische Weiche separat zum
Mischwasserspeicher vorgesehen sein, welche mit dem Mischwasserspeicher zusammenwirkt und die sich in den angeschlossenen Leitungen ändernden
Druckverhältnisse ausgleicht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Mischwasserspeichers sind die fluidtechnischen Elemente hydraulisch schaltbare Mehrwegventile, magnetische Mehrwegventile oder elektromotorisch schaltbare Mehrwegventile. Mittels dieser Mehrwegventile lassen sich ein fluidtechnisches Verbindungsnetzwerk erstellen, welches erlaubt, den Mischwasserspeicher oben mit warmem Wasser zu beschicken, während unten relativ kälteres Wasser entnommen wird oder unten mit kaltem Wasser zu beschicken, während oben relativ wärmeres Wasser entnommen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischwasserspeichers weist dieser wenigstens in dem oberen Abschnitt und dem unteren Abschnitt
Temperatursonden auf, welche erlauben, das Temperaturgefälle in dem
Mischwasserspeicher zu erfassen. Insbesondere erlauben diese Temperatursonden, die Wassertemperatur in dem oberen Abschnitt sowie die Wassertemperatur in dem unteren Abschnitt genau zu bestimmen. Diese Erfassungswerte können einer geeigneten Steuerung zur Verfügung gestellt werden, welche auf Grundlage dieser Werte die Versorgung eines Gebäudes mit kaltem bzw. warmem Wasser geeignet steuert bzw. regelt. Denkbar ist auch eine in dem Mischwasserspeicher vorgesehene größere Anzahl an Temperatursonden, welche den genauen Temperaturverlauf in dem Mischwasserspeicher erfassen können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
fluidtechnischen Elemente dazu ausgebildet sind, dem warmen Wasser, welches aus dem oberen Abschnitt entnommen wird, rückgeführtes, relativ kälteres Wasser aus dem externen Abgabekreislauf zur Konditionierung der Vorlauftemperatur
beizumischen, oder dem kalten Wasser, welches aus dem unteren Abschnitt entnommen wird, rückgeführtes, relativ wärmeres Wasser aus dem externen
Abgabekreislauf zur Konditionierung der Vorlauftemperatur beizumischen.
Vorzugsweise wird hierbei die Beimischung von rückgeführtem, relativ kälteren Wasser zum warmen Wasser und/oder die Beimischung von rückgeführtem, relativ wärmeren Wasser zum kalten Wasser gemäß einem Sollwert der Vorlauftemperatur gesteuert bzw. geregelt. Dieser Sollwert kann tabellarisch in einer Heiz- und/oder Kühlkurve erfasst sein, bzw. gemäß einer vorbestimmten Funktion vorab berechnet werden. Sie Steuerung kann mittels einer internen oder externen Steuerung erfolgen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen :
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der mobilen Einhäusung einer
Kälteeinheit zusammen mit den zur Verfügung gestellten
Anschlusspaaren zum Anschluss unterschiedlicher Kreisläufe;
Fig. 2 eine schematische Funktionsskizze einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit sowie eines solaren Kühlsystems;
Fig. 3 eine schematische Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit sowie eines solaren
Kühlsystems;
Fig. 4 eine schematische Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit sowie eines solaren
Kühlsystems;
Fig. 5 eine schematische Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kälteeinheit sowie eines solaren
Kühlsystems;
Fig. 6a eine schematische Funktionsskizze einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mischwasserspeichers zur Bereitstellung von warmem Wasser;
Fig. 6b eine schematische Funktionsskizze einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mischwasserspeichers zur Bereitstellung von kaltem Wasser.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche oder gleich wirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer mobilen Einhäusung 100 mit einer darin
aufgenommenen Kälteeinheit 1 (vorliegend nicht gezeichnet), wobei insgesamt vier Anschlusspaare 21, 22, 23, 24 vorgesehen sind, um externe Kreisläufe zum
thermischen Betrieb der in der Einhäusung 100 aufgenommenen Kälteeinheit 1 anschließen zu können. Die dargestellte Einhäusung 100 weist etwa eine Breite von 0,8 Metern, eine Tiefe von einem Meter und eine Höhe von ca. 1,8 Metern auf. Weiter kann sie transportunterstützende Hilfsmittel aufweisen, die den mobilen Einsatz erleichtern. Hierbei ist insbesondere an geeignet montierte Rollen zu denken. Die gezeigten Anschlusspaare 21, 22, 23, 24 können genormte Anschlusspaare darstellen, deren Ausführungsform dem Fachmann bereits vermittelt, um welche Art des
Anschlusses es sich vorliegend handelt. Zudem sind auch die Verwendung von
Schnellverbindungsanschlüsse denkbar, die eine Verschaltung der mobilen Einhäusung 100 erleichtern.
Die mobile Einhäusung 100 weist ein Anschlusspaar 21 auf zum Anschluss an wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf 31 (vorliegend nicht gezeigt), welcher die in der mobilen Einhäusung 100 aufgenommene Kälteeinheit 1 mit Wärme versorgt. Weiter weist die mobile Einhäusung 100 ein Anschlusspaar 22 zum
Anschluss an wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf 32 (vorliegend nicht gezeigt) auf, über welchen Kälte aus der Kälteeinheit 1 an eine geeignete
Verbraucheranlage abgegeben werden kann. Alternativ kann die Kälteeinheit 1 auch Wärme über einen Wärmeabgabekreislauf 34 (vorliegend nicht gezeigt) abgeben, welcher an dem Anschlusspaar 24 zum Anschluss vorgesehen ist. Zur Rückkühlung bzw. zur unterstützenden Wärmeversorgung kann über die mobile Einhäusung 100 an dem Anschlusspaar 23 ein externer Hilfswärmekreislauf 33 (vorliegend nicht gezeigt) angeschlossen werden, welcher die Kälteeinheit 1 bei Bedarf mit Kälte bzw. Wärme zusätzlich versorgen kann. Weiterhin weist die mobile Einhäusung 100 einen
Elektroanschluss 25 auf, welcher geeignet sein kann, die Komponenten der
Kälteeinheit 1 bei Bedarf mit elektrischer Energie zu versorgen bzw. bei Erzeugung von elektrischer Energie mittels eines Generators in der Einhäusung 100 diese zur Verwendung abzuführen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Kälteeinheit 1 bzw. einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen solaren Kühlsystems. Die Kälteeinheit 1 umfasst eine
Absorptionskältemaschine 11, welche einen Absorber 111, einen Desorber 112, einen Kondensator 113 sowie einen Verdampfer 114 aufweist. Zur Versorgung des
Desorbers 112 mit Wärme, ist eine Solarthermieanlage 40 vorgesehen, welche über einen Wärmeversorgungskreislauf 31 und zwei darin aufgenommenen Pumpen 51 und 52 sowie einen darin aufgenommenen und zwischengeschalteten Pufferspeicher 50 die Absorptionskältemaschine 11 mit erwärmtem Fluid versorgt. Hierbei dient der Pufferspeicher 50 insbesondere als direkte Wärmequelle, in welchem in der
Solarthermieanlage 40 erwärmtes Fluid zwischengespeichert wird. Weiter umfasst das dargestellte solare Kühlsystem einen Hilfswärmekreislauf 33, welcher mit einer in der Kälteeinheit 1 aufgenommenen Pumpe 52 zusammenwirkt und erlaubt, den Absorber 111 der Kältemaschine 11 rückzukühlen. Alternativ kann dieser Hilfswärmekreislauf 33 auch zur Wärmeversorgung eingesetzt werden, wenn an diesem beispielsweise eine geeignete Wärmeversorgungsquelle (Umgebungsluftwärmequelle,
Geothermiewärmequelle oder Grundwasserwärmequelle) angeschlossen ist.
Weiter umfasst die Kälteeinheit 1 einen Wärmeerzeuger 12, welcher vorliegend als Wärmepumpe 12 ausgebildet ist. Der Wärmeerzeuger 12 umfasst hierbei einen
Verdampfer 121, welcher mit dem Verdampfer 114 der Absorptionskältemaschine 11 gekoppelt ist. Weiterhin umfasst der Wärmeerzeuger 12 einen Kondensator 122, über welchen Wärme abgegeben und über geeignete Kreisläufe nach außen abgeführt wird . Zusätzlich umfasst der Wärmeerzeuger 12 einen Kompressor 123 sowie eine zwischen dem Verdampfer 121 und dem Kondensator 122 geschaltete Drossel 124. Die in dem Kondensator 122 abgegebene Wärme kann über einen Wärmeabgabekreislauf 34 an einen geeigneten Trinkwasserspeicher 80 sowie an einen Mischwasserspeicher 70 zur Versorgung einer Verbraucheranlage 60 (vorliegend nicht dargestellt) abgegeben werden.
Weiterhin kann die in den Verdampfern 121 und 114 erzeugte Kälte (negative bzw. aufgenommene Wärme) über einen Kälteabgabekreislauf 32 an den
Mischwasserspeicher 70 abgegeben werden, um über diese mittels gekühltem Wasser entsprechende Kühlfunktionen zu erfüllen.
Die Kälteeinheit 1 weist überdies eine Steuerung 40 auf, welche erlaubt, Pumpen 52, 53, 54 und 55 zu steuern bzw. zu regeln. Diese Pumpen 52, 53, 54 und 55 dienen jeweils individuell der Steuerung bzw. Regelung des Wärmeversorgungskreislaufes 31, des Hilfswärmekreislaufes 33, des Kälteabgabekreislaufes 32 sowie des
Wärmeabgabekreislaufes 34. Überdies kann die Steuerung 40 noch die Steuerung bzw. Regelung weiterer Bauteile in der Kälteeinheit 1 übernehmen. Hierbei sind beispielsweise eine Steuerung bzw. Regelung einer Lösungspumpe 115 der
Absorptionskältemaschine 11 sowie eine Steuerung bzw. Regelung des Kompressors 123 des Wärmeerzeugers 12 denkbar. Weitere Komponenten sowohl der Absorptionskältemaschine 11 als auch des Wärmeerzeugers 12 können durch die Steuerung 40 gesteuert bzw. geregelt werden. Die Steuerung ist auch in der Lage, eine Umschaltung zwischen dem Kondensator 113 und dem Verdampfer 114 vorzunehmen, um folglich die Absorptionskältemaschine 11 als Wärmepumpe, beispielsweise im Winter zu Heizzwecken, einzusetzen. Das Umschalten erfolgt ausführungsgemäß hydraulisch.
In einer entsprechenden Weiterführung kann die Steuerung 40, wie in Fig. 2 nicht ausdrücklich dargestellt, auch noch außerhalb der Kälteeinheit 1 angeordnete Bauteile steuern bzw. regeln. Insbesondere kann die Steuerung 40 geeignet sein, die Pumpe 51 in dem externen Wärmeversorgungskreislauf 31 zu steuern bzw. regeln. Hierfür kann die Kälteeinheit 1 auch geeignete Leitungsanordnungen (nicht gezeigt) mit geeigneten Anschlüssen (nicht gezeigt) aufweisen, mittels derer entsprechende Steuersignale bzw. Regelsignale aus der Kühleinheit 1 ausgeleitet bzw. eingeleitet werden können.
Fig. 3 zeigt eine schematische Funktionsskizze einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kälteeinheit 1 sowie eines solaren Kühlsystems, dessen
Funktionsprinzip im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 2 entspricht. Die Steuerung 40 wird aus Gründen der Übersichtlichkeit vorliegend nicht dargestellt. Im Unterschied zu dieser ist der Wärmeerzeuger 12 jedoch nicht als Wärmepumpe ausgeführt, welche der Absorptionskältemaschine 11 nachgeschaltet ist, sondern als Verbrennungswärmeerzeuger 12 zur Verbrennung von fossilen Brennstoffen, und welcher der Absorptionskältemaschine vorgeschaltet ist und diese bei Bedarf auch mit weiterer Wärme versorgen kann. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere dann, wenn die Absorptionskältemaschine 11 auch als Wärmepumpe genutzt werden soll, wobei auch die in dem Wärmeerzeuger 12 erzeugte Wärme direkt in den
Wärmeabgabekreislauf 34 eingespeist werden kann und die Absorptionskältemaschine 11 umgeht. Die Steuerung 40 der Kälteeinheit 1 steuert bzw. regelt neben in Fig. 2 dargestellten fluidtechnischen Elementen auch die Wärmeerzeugung in dem
Wärmeerzeuger 12 . Die weitere Funktionsweise des in Fig. 3 dargestellten solaren Kühlsystems bzw. der dargestellten Kälteeinheit 1 ergibt sich dem Fachmann aufgrund der Funktionsskizze.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kälteeinheit 1 bzw. eine weitere Ausführungsform eines solaren Kühlsystems, wobei sich die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform von der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform durch das Vorsehen einer ORC-Anlage 13 unterscheidet. Die Steuerung 40 wird wiederum aus Gründen der Übersichtlichkeit vorliegend nicht dargestellt. Die ORC-Anlage 13 umfasst hierbei einen Verdampfer 131 sowie einen Generator 132, welcher zur Erzeugung von elektrischem Strom vorgesehen ist. Weiter umfasst die ORC-Anlage 13 mehrere Wärmetauscher 133, 134 und 135, über welche die in dem ORC-Prozess erzeugte Wärme bzw. Abwärme mehrfach umgesetzt wird . Die ORC-Anlage 13 ist dem Wärmeerzeuger 12 nachgeschaltet und der Absorptionskältemaschine 11
vorgeschaltet. Die Absorptionskältemaschine 11 ist hierbei wiederum geeignet, als Wärmepumpe zu fungieren. Die in dem ORC-Prozess erzeugte Abwärme nach der Erzeugung der elektrischen Energie in dem Generator 132 wird teilweise für den ORC- Prozess mittels des Wärmetauschers 134 wieder zurück gewonnen und teilweise über den Wärmetauscher 133 an den Desorber 112 der Absorptionskältemaschine 11 abgegeben. Die zurück gewonnene Wärme wird dem ORC-Prozess wieder zur
Verfügung gestellt, um damit über weitere Verdampfung in den Verdampfer 131 Energie für die elektrische Stromerzeugung bereitzustellen. Eine Restkühlung des ORC-Prozesses in der ORC-Anlage 13 wird zudem über den Hilfswärmekreislauf 33 erreicht, welcher mit einer Rückkühleinheit (nicht mit Bezugszeichen versehen) ausgestattet ist und auch die Absorptionskältemaschine 11 rückkühlen kann. Weiter kann die Steuerung 40 auch Komponenten der ORC-Anlage steuern bzw. regeln. Die weitere Funktion der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Kälteeinheit 1 sowie der Ausführungsform des solaren Kühlsystems ergeben sich für einen Fachmann aufgrund der Funktionsskizze.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kälteeinheit 1 bzw. eine weitere Ausführungsform des solaren Kühlsystems, wobei sich die in Fig . 5 dargestellte Ausführungsform von der in Fig . 4 dargestellten Ausführungsform lediglich dahin gehend unterscheidet, dass der Wärmeerzeuger 12 nicht mehr als Verbrennungswärmeerzeuger ausgeführt ist, sondern nun als Wärmepumpe 12 vorliegt, die der Absorptionskältemaschine 11 nachgeschaltet ist. Diese relative Schaltanordnung der Absorptionskältemaschine 11 und des Wärmeerzeugers 12 entspricht damit der ein Fig . 2 dargestellten Anordnung. Insbesondere erlaubt der als Wärmepumpe ausgeführte Wärmeerzeuger 12 zusätzliche Kälte über den Verdampfer 121 sowie zusätzliche Wärme über den Kondensator 122 zur Verfügung zu stellen. Die zur Verfügung gestellte Kälte wird hierbei insbesondere an die
Absorptionskältemaschine 11 übertragen, wobei die zur Verfügung gestellte Wärme auch für Wärmezwecke an eine in dem Gebäude installierte Verbraucheranlage abgegeben werden kann. Die Steuerung 40 wird wiederum aus Gründen der
Übersichtlichkeit vorliegend nicht dargestellt.
Fig. 6a und Fig . 6b zeigen eine schematische Darstellung eines Mischwasserspeichers 70 gemäß einer einheitlichen Ausführungsform. Der Mischwasserspeicher 70 weist in beiden Fällen einen wasserdampfdiffusionsdichten Tank auf, welcher geeignet wärmeisoliert ist. Zudem weist dieser Tank einen oberen Abschnitt 71 auf, sowie einen unteren Abschnitt 72, zwischen welchen Abschnitten 71, 72 Wasser
unterschiedlicher Temperatur geschichtet vorliegt. Damit entsteht im Verlauf zwischen dem unteren Abschnitt 72 und dem oberen Abschnitt 71 ein Verlauf zunehmender Temperatur, welcher mittels einer Anzahl (vorliegend drei) Temperatursensoren 75 geeignet erfasst und ausgewertet werden kann. Weiter ist der Mischwasserspeicher
70 an einen Abgabekreislauf 35 angeschlossen, über welchen entweder warmes Wasser aus dem Mischwasserspeicher 70 aus dem oberen Abschnitt 71 oder relativ kälteres Wasser aus dem unteren Abschnitt 72 entnommen werden kann. Der
Mischwasserspeicher 70 weist zudem ein Leitungsnetzwerk mit fluidtechnischen Elementen auf, welches erlaubt, entweder warmes Wasser aus dem oberen Abschnitt
71 in den unteren Ast (siehe Darstellung) des Abgabekreislaufes 35 einzuführen, wobei relativ kälteres Wasser aus dem oberen Ast des Abgabekreislaufes 35 in den unteren Abschnitt 72 des Mischwasserspeichers 70 eingebracht wird. Alternativ erlaubt dieses Leitungsnetzwerk auch, dass aus dem unteren Abschnitt 72 des Mischwasserspeichers 70 kaltes Wasser über den unteren Ast des Abgabekreislaufes 35 entnommen wird, wobei gleichzeitig relativ wärmeres Wasser aus dem oberen Ast des Abgabekreislaufes 35 über den oberen Abschnitt 71 des Mischwasserspeichers 70 eingeführt wird . In den beiden in Fig . 6a und Fig. 6b gezeigten Betriebsmodi ist es zusätzlich auch möglich, das aus dem Mischwasserspeicher 70 entnommene Wasser mit dem jeweils zurückgeführten Wasser aus dem Abgabekreislauf 35 hinsichtlich des Wärmegehalts zu konditionieren d. h. zu mischen. Das vom Mischwasserspeicher umfasste Leitungsnetzwerk weist vorliegend drei magnetische Dreiwegventile 73a, 73 b und 73c auf
Der Mischwasserspeicher 70 gemäß der in Fig. 6a dargestellten Schaltungsanordnung wird typischerweise zum Heizbetrieb, beispielsweise im Winter, verwendet, wobei aus dem oberen Abschnitt 71 des Mischwasserspeichers 70 warmes Wasser entnommen wird und dem unteren Ast des Abgabekreislaufes 35 zugeführt wird . Das in den oberen Ast des Abgabekreislaufes 35 rückgeführte relativ kältere Wasser kann teilweise dem unteren Ast des Abgabekreislaufes 35 zugegeben werden und teilweise in den unteren Abschnitt des Mischwasserspeichers 70 eingeführt werden. Um diese mitunter gleichzeitige Entnahme und Rückführung von Wasser in den
Mischwasserspeicher 70 zu gewährleisten, sieht das Leitungsnetzwerk eine
Verschaltung mittels der drei magnetischen Dreiwegventile 73a, 73b und 73c vor. Das Dreiwegventil 73b ist hierbei bevorzugt als Dosierventil ausgebildet.
Der in Fig . 6b dargestellte Mischwasserspeicher 70 entspricht dem in Fig . 6a dargestellten Mischwasserspeicher 70 von seinem Aufbau her. Im Gegensatz zu dem in Fig . 6a dargestellten Mischwasserspeicher 70 zeigt der in Fig . 6b dargestellte Mischwasserspeicher 70 jedoch eine Schaltungsanordnung, wie sie beispielsweise zum Bereitstellen von Kälte, beispielsweise im Sommer, vorliegen kann. Hierbei wird aus dem unteren Abschnitt 72 des Mischwasserspeichers 70 Wasser entnommen und dem unteren Zweige des Abgabekreislaufes 35 zugeführt. Das relativ wärmere Wasser, welches in dem oberen Ast des Abgabekreislaufes 35 zurückgeführt wird, wird teilweise in den oberen Abschnitt des Mischwasserspeichers 70 eingeleitet und teilweise bei Bedarf dem unteren Zweig des Abgabekreislaufes 35 zur
Wärmekonditionierung beigegeben. Ein typisches Temperaturgefälle in dem
Mischwasserspeicher 70 im Kühlbetrieb, d. h. in der in der Fig. 6b dargestellten Schaltungsanordnung, weist in dem oberen Abschnitt 71 eine Temperatur von 20 °C und in dem unteren Abschnitt 72 eine Temperatur von beispielsweise 6 °C auf. Dies unterscheidet sich beispielsweise auch von der in Fig . 6a dargestellten
Schaltungsanordnung, bei welcher in dem oberen Abschnitt 71 des
Mischwasserspeichers 70 typischerweise ein Temperaturniveau von 35 °C vorherrscht und in dem unteren Abschnitt 72 des Mischwasserspeichers 70 typischerweise ein Temperaturniveau von 25 °C vorherrscht. Wie dem Fachmann verständlich ist, sind diese Temperaturen nur beispielhaft zu verstehen, wobei sich je nach Gegebenheit in dem Mischwasserspeicher 70 ein physikalisch sinnvoller Temperaturgradient ausbilden kann.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig . Bezugszeichen :
I Kälteeinheit
I I Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage
12 Wärmeerzeugers
13 ORC-Anlage
21 Anschlusspaar
22 Anschlusspaar
23 Anschlusspaar
24 Anschlusspaar
25 Elektroanschluss
31 Wärmeversorgungskreislauf
32 Kälteabgabekreislauf
33 Hilfswärmekreislauf
34 Wärmeabgabekreislauf
35 Abgabekreislauf
36 Zuführkreislauf
40 Steuerung
45 Solarthermieanlage
50 Pufferspeicher
51 Pumpe
52 Pumpe
53 Pumpe
54 Pumpe
55 Pumpe
60 Verbraucheranlage
70 Mischwasserspeicher
71 oberer Abschnitt unterer Abschnitt fluidtechnisches Elementa Dreiwegventil
b Dreiwegventilc Dreiwegventila Zweiwegventilb Zweiwegventil
Temperatursonde Sensor
externer Sensor Trinkwasserspeicher 0 mobile Einhäusung 1 Absorber
2 Desorber
3 Kondensator
4 Verdampfer
5 Lösungspumpe 6 Drossel
7 Drossel
1 Verdampfer
2 Kondensator
3 Kompressor
4 Drossel 1 Verdampfer
2 Generator
3 Wärmetauscher
4 Wärmetauscher
5 Wärmetauscher

Claims

Ansprüche
1. Kälteeinheit (1) zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte oder Kälte und
Wärme umfassend wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) sowie einen Wärmeerzeuger (12), welche in eine gemeinsame, mobile Einhäusung (100) integriert sind,
wobei die Kälteeinheit (1) wenigstens ein Anschlusspaar (21) zum Anschluss an wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31) aufweist, über welchen die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) mit Wärme versorgt wird, sowie wenigstens ein Anschlusspaar (22) zum Anschluss an wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf (32) aufweist, über welchen Kälte aus der Kälteeinheit (1) abgegeben werden kann, und
wobei die Kälteeinheit (1) weiter eine Steuerung (40) umfasst, welche den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31) sowie den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf (32) in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder
Adsorptionskälteanlage (11) und des Wärmeerzeugers (12) steuert bzw. regelt.
2. Kälteeinheit gemäß dem vorhergehenden Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Kälteeinheit (1) weiter wenigstens ein Anschlusspaar (23) zum Anschluss an wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf (33) aufweist, über welchen die wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) entweder mit Kälte oder mit Wärme versorgt werden kann, wobei die Steuerung (40) den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf (33) ebenso in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) und des Wärmeerzeugers (12) steuert bzw. regelt.
3. Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Kälteeinheit (1) weiter wenigstens ein Anschlusspaar (24) zum Anschluss an wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf (34) aufweist, über welchen Wärme aus der Kälteeinheit (1) abgegeben werden kann, wobei die Steuerung (40) den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf (34) ebenso in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) und des Wärmeerzeugers (12) steuert bzw. regelt.
4. Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Kälteeinheit (1) weiter wenigstens eine ORC-Anlage (13) umfasst, die zwischen das wenigstens eine Anschlusspaar (21) zum Anschluss an
wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31) und die
wenigstens eine Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) geschaltet ist.
5. Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung bzw. Regelung durch die Steuerung (40) auch in Abhängigkeit weiterer externer Leistungsdaten, insbesondere von Leistungsdaten zur Zustandsbeschreibung der externen Kreisläufe (31, 32, 33, 34) erfolgt.
6. Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung (40) auch die wenigstens eine Absorptions- oder
Adsorptionskälteanlage (11) und/oder den Wärmeerzeuger (12) steuert bzw. regelt.
7. Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et, d a s s
der Wärmeerzeuger (12) eine elektrische Wärmepumpe oder ein
Verbrennungswärmeerzeuger ist.
8. Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, d a s s
die Kälteeinheit (1) eine Kälteleistung von wenigstens 5 kW, insbesondere von wenigstens 10 kW und bevorzugt von wenigstens 20 kW aufweist.
9. Solares Kühlsystem, welches wenigstens die folgenden Komponenten umfasst:
- wenigstens eine Kälteeinheit (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche zur Aufnahme von Wärme aus einem Wärmeversorgungskreislauf (31) und zur Abgabe von Kälte aus einem Kälteabgabekreislauf (32) und zur Abgabe von Wärme aus einem Wärmeabgabekreislauf (34);
- einer Solarthermieanlage (45) zum fluidtechnischen Anschluss an den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31);
- eine gebäudegebundene Verbraucheranlage (60) zum fluidtechnischen Anschluss an den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf (32) und/oder an den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf (34);
10. Solares Kühlsystem gemäß Anspruch 9,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, d a s s
in wenigstens einem der externen Kreisläufe (31, 32, 33, 34) Sensoren (76) vorgesehen sind, welche erlauben, den Kreislaufzustand messtechnisch zu erfassen und die Messdaten der Steuerung (40) zuzuführen;
11. Solares Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, d a s s
externe Sensoren (77) vorgesehen sind, welche erlauben, den
Funktionszustand der Solarthermieanlage (45) und/oder Umgebungsparameter messtechnisch direkt oder indirekt zu erfassen und die Messdaten der
Steuerung (40) zuzuführen;
12. Solares Kühlsystem gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, d a s s
in den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31) zwischen die Solarthermieanlage (45) und das wenigstens eine Anschlusspaar (21) der Kälteeinheit (1) zum Anschluss des wenigstens einen externen
Wärmeversorgungskreislaufes (31) ein Pufferspeicher (50) geschaltet ist, welcher zur Speicherung von erwärmtem Fluid aus der Solarthermieanlage (45) vorgesehen ist;
13. Solares Kühlsystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e ke n n ze i c h n et, d a s s
in den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf (32) und/oder in den wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf (34) zwischen die
Verbraucheranlage (60) und das wenigstens eine Anschlusspaar (22) zum Anschluss des wenigstens einen externen Kälteabgabekreislaufes (32) und/oder zwischen das wenigstens eine Anschlusspaar (24) zum Anschluss des
wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislaufes (34) wenigstens ein Mischwasserspeicher (70) geschaltet ist, welcher zur Speicherung von warmem und/oder kaltem Fluid aus der Kälteeinheit (1) vorgesehen ist;
14. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit zur Versorgung eines Gebäudes mit Kälte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s
es den wenigstens einen externen Wärmeversorgungskreislauf (31) sowie den wenigstens einen externen Kälteabgabekreislauf (32) in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder
Adsorptionskälteanlage (11) und des Wärmeerzeugers (12) steuert.
15. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s
es weiterhin den wenigstens einen externen Hilfswärmekreislauf (33) und/oder wenigstens einen externen Wärmeabgabekreislauf (34) in Abhängigkeit von den momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) und des Wärmeerzeugers (12) steuert.
16. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 oder 15,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t , d a s s
die Steuerung über geeignete Ansteuerung von fluidtechnischen Elementen (80) in der Kälteeinheit (1), insbesondere über die geeignete Ansteuerung von Pumpen (52, 53, 54, 55) und von Drosseln (116, 117, 124) erfolgt.
17. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung weiterhin Messwerte der momentanen Leistungsdaten der wenigstens einen Absorptions- oder Adsorptionskälteanlage (11) und des Wärmeerzeugers (12) berücksichtigt.
18. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung (40) Messwerte der momentanen Leistungsdaten zur
Zustandsbeschreibung der externen Kreisläufe (31, 32, 33, 34) und/oder zur Beschreibung des Funktionszustands weiterer externer Bauteile berücksichtigt.
19. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 18,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung (40) eine Verbesserung der Energieeffizienz der Kälteeinheit (1) berücksichtigt.
20. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung bei Unterschreiten einer vorbestimmten Umgebungstemperatur die Kälteeinheit (1) so steuert bzw. regelt, dass sie im Wesentlichen als Wärmepumpe zur Bereitstellung von Wärme eingesetzt werden kann.
21. Verfahren zur Steuerung einer Kälteeinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 20,
d a d u rch g e ke n n ze i c h n et, d a s s
die Steuerung erlaubt, einen zur Kälteeinheit (1) externen Mischwasserspeicher (70) anzusteuern, und je nach Bedarf aus diesem Warmwasser oder Kaltwasser zu entnehmen.
22. Mischwasserspeicher (70) zur Versorgung einer Verbraucheranlage (60) mit warmem oder kaltem Wasser über einen externen Abgabekreislauf (35), welcher einerseits über den externen Abgabekreislauf (35) mit kaltem oder warmem Wasser versorgt werden kann, und welcher andererseits auch aus dem Abgabekreislauf (35) mit jeweils kaltem oder warmem rückgeführten Wasser versorgt werden kann,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
der Mischwasserspeicher (70) als Schichtspeicher ausgeführt ist und einen oberen Abschnitt (71) und einen unteren Abschnitt (72) aufweist, aus welchen Wasser entnommen bzw. zugeführt werden kann, wobei weiter eine Anzahl an fluidtechnischen Elementen (73), insbesondere an Ventilen (73) umfasst wird, über welche nach Wahl entweder
warmes Wasser aus dem oberen Abschnitt (71) entnommen werden kann und gleichzeitig relativ kälteres Wasser aus einem externen Abgabekreislauf (35) in den unteren Abschnitt (72) rückgeführt werden kann, oder
kaltes Wasser aus dem unteren Abschnitt (72) entnommen werden kann und gleichzeitig relativ wärmeres Wasser aus einem externen Abgabekreislauf (35) in den oberen Abschnitt (71) eingeführt werden kann.
23. Mischwasserspeicher gemäß Anspruch 22,
d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s
der Mischwasserspeicher (70) erlaubt, weiterhin aus einem externen
Zuführkreislauf (36) warmes Wasser in den oberen Abschnitt (71) einzuführen und gleichzeitig relativ kälteres Wasser aus dem unteren Abschnitt (72) zu entnehmen, oder
kaltes Wasser aus dem unteren Abschnitt (72) zu entnehmen und gleichzeitig relativ wärmeres Wasser in den oberen Abschnitt (71) einzuführen.
24. Mischwasserspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 22 oder 23, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s
der Mischwasserspeicher (70) als hydraulische Weiche ausgeführt ist.
25. Mischwasserspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 24, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s
die fluidtechnischen Elemente (73) hydraulisch schaltbare Mehrwegventile, magnetische Mehrwegventile oder elektromotorisch schaltbare Mehrwegventile sind.
26. Mischwasserspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 25, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s der Mischwasserspeicher (70) wenigstens in dem oberen Abschnitt (71) und dem unteren Abschnitt (72) Temperatursonden (75) aufweist, welche erlauben, das Temperaturgefälle in dem Mischwasserspeicher (70) zu erfassen.
27. Mischwasserspeicher gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 22 bis 26, d a d u r c h g e k e n n ze i c h n e t , d a s s
die fluidtechnischen Elemente (73) dazu ausgebildet sind, dem warmen
Wasser, welches aus dem oberen Abschnitt (71) entnommen wird,
rückgeführtes, relativ kälteres Wasser aus dem externen Abgabekreislauf (35) zur Konditionierung der Vorlauftemperatur beizumischen, oder dem
kalten Wasser, welches aus dem unteren Abschnitt (72) entnommen wird, rückgeführtes, relativ wärmeres Wasser aus dem externen Abgabekreislauf (35) zur Konditionierung der Vorlauftemperatur beizumischen.
28. Mischwasserspeicher gemäß Anspruch 27,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , d a s s
die Beimischung von rückgeführtem, relativ kälteren Wasser zum warmen Wasser und/oder die Beimischung von rückgeführtem, relativ wärmeren Wasser zum kalten Wasser gemäß einem Sollwert der Vorlauftemperatur gesteuert bzw. geregelt wird.
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